同軸BPRT機(jī)組在高爐上的應(yīng)用及節(jié)能分析

逯 斌

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪271104）

同軸BPRT機(jī)組在高爐上的應(yīng)用及節(jié)能分析

逯 斌

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪271104）

高爐鼓風(fēng)利用BPRT技術(shù)，可以同時(shí)完成高爐鼓風(fēng)及能源回收的功能，增加了能量回收，減少用地，節(jié)省投資。介紹了BPRT技術(shù)及一套系統(tǒng)的設(shè)備配置情況，并與TRT系統(tǒng)進(jìn)行了比較。

BPRT；高爐；能源回收

1 概述

冶金行業(yè)中高爐鼓風(fēng)機(jī)和高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置同軸系的高爐能量回收裝置，簡稱BPRT（Blast Furnace Power Recovery Turbine）裝置，該裝置將高爐鼓風(fēng)機(jī)和高爐煤氣余壓回收透平（簡稱TRT—BlastFurnaceGasTopPressureRecovery Turbine Unit）串聯(lián)在同一根軸系上，可解決了現(xiàn)場空間不足的問題，并且節(jié)省大量投資，效益非常可觀。我國在印度某項(xiàng)目中350 m3高爐鼓風(fēng)采用了該煤氣透平與電動機(jī)同軸驅(qū)動的高爐鼓風(fēng)機(jī)組技術(shù)。

本套機(jī)組主要由電動機(jī)、齒輪箱、軸流壓縮機(jī)、變速離合器和煤氣能量回收透平組成。該裝置具有高爐鼓風(fēng)和能量回收的功能.它也是由電能和煤氣能雙能源驅(qū)動的鼓風(fēng)機(jī)組,在該機(jī)組中的高爐煤氣透平回收能量不是用來發(fā)電,而是直接同軸驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī),沒有發(fā)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎碗娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的二次能量轉(zhuǎn)換的損失。通過安裝BPRT機(jī)組，不僅能回收高爐爐頂煤氣所具有的壓力能和熱能，降低煤氣輸送管網(wǎng)的流動噪聲，而且可對高爐頂壓、軸流風(fēng)機(jī)、煤氣透平進(jìn)行高智能控制，提高高爐的冶煉強(qiáng)度和產(chǎn)量。使用BPRT系統(tǒng)不僅回收了以往在減壓閥組浪費(fèi)掉的能量，而且可以減少廢棄物排放量、進(jìn)一步提高能源利用率。

2 主要設(shè)備

2.1 機(jī)組主要參數(shù)

軸流壓縮機(jī)AV45-12；透平膨脹機(jī)MPG2.3-212.7/180

透平嚙合轉(zhuǎn)速3033 r/min，高爐煤氣流量正常值8～13萬m3/h,進(jìn)口煤氣壓力正常值235 kPa,出口煤氣壓力正常值112 kPa，進(jìn)口煤氣溫度正常值145℃，出口煤氣溫度正常值90℃。

2.2 機(jī)組介紹

同軸BPRT機(jī)組的特點(diǎn)是電能和煤氣能雙能源驅(qū)動，當(dāng)透平正常工作時(shí)，離合器處于嚙合工作狀態(tài)，把透平回收的功率傳遞給高爐鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)爐況不順煤氣量小或休風(fēng)時(shí)，離合器自動將高爐煤氣透平斷開。

在本套機(jī)組中，高爐鼓風(fēng)機(jī)做為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，電動機(jī)功率仍舊按鼓風(fēng)機(jī)的最大點(diǎn)功率選取，目的是為了不論在什么情況下都可以單獨(dú)驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī)在最大工況下運(yùn)行，不影響高爐的正常生產(chǎn)。當(dāng)高爐正常運(yùn)行后高爐煤氣逐漸通過TRT，當(dāng)TRT轉(zhuǎn)速達(dá)到變速離合器嚙合的轉(zhuǎn)速時(shí)，變速離合器自動嚙合，從而由TRT和電動機(jī)共同驅(qū)動高爐鼓風(fēng)機(jī)，電動機(jī)輸出功率下降，達(dá)到節(jié)能目的。當(dāng)整套機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，高爐各種工況對鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的需求主要通過鼓風(fēng)機(jī)的靜葉調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，不論任何情況，鼓風(fēng)機(jī)組都是一套獨(dú)立的系統(tǒng)，可以完全滿足高爐正常運(yùn)行的各種工況，而同時(shí)對高爐頂壓的穩(wěn)定主要靠TRT的靜葉調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，TRT的控制系統(tǒng)能夠發(fā)出完整的控制信號，包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、負(fù)荷調(diào)節(jié)、自動升速、自動停機(jī)以及與高爐減壓閥組的切換等所有的功能，確保任何情況下高爐頂壓的穩(wěn)定，不影響高爐正常生產(chǎn)。

機(jī)組由以下八大部分組成：

⑴主機(jī)系統(tǒng)

⑵高低壓電氣系統(tǒng)

⑶冷卻水系統(tǒng)

⑷氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)

⑸潤滑油系統(tǒng)

⑹液壓伺服控制系統(tǒng)

⑺煤氣管道及大型閥門系統(tǒng)

⑻自動控制系統(tǒng)

2.2.1 壓縮機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

型號:AV45-12

設(shè)計(jì)點(diǎn)流量:1654 m3/min

進(jìn)氣壓力:0.0977 MPa（A）

排氣壓力:0.35 MPa(A)

工作轉(zhuǎn)速:7135 r/min

軸功率:4896 kW

2.2.2 流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

根據(jù)工藝要求，主風(fēng)機(jī)采用等流量控制。其流量調(diào)節(jié)用調(diào)節(jié)器給定并和流量計(jì)的實(shí)測值比較，將差值信號送給軸流壓縮機(jī)靜葉可調(diào)裝置。軸流壓縮機(jī)的各級靜葉安裝在葉片承缸上，靜葉通過曲柄、測定滑塊與導(dǎo)向環(huán)聯(lián)接。調(diào)節(jié)缸與機(jī)殼兩側(cè)的伺服馬達(dá)聯(lián)接，并在伺服馬達(dá)的作用下做往復(fù)運(yùn)動。從而通過導(dǎo)向環(huán)、曲柄滑塊帶動靜葉旋轉(zhuǎn)達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。

2.2.3 軸流壓縮機(jī)的防喘振調(diào)節(jié)

壓縮機(jī)工作時(shí)，如果工藝系統(tǒng)管網(wǎng)阻力增加，使壓縮機(jī)出口壓力增高，流量下降，葉片氣流沖角增大，這樣在葉片背面產(chǎn)生氣體分離，形成脫離區(qū)，使壓縮機(jī)出口壓力突然下降，一般隨著壓力下降分離消失，壓力再升時(shí)又產(chǎn)生氣體分離，這種分離反復(fù)發(fā)生形成喘振。嚴(yán)重時(shí)還會出現(xiàn)氣體的倒流，喘振使葉片產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，并使壓縮機(jī)機(jī)殼內(nèi)溫度急劇升高，持續(xù)下去就會使壓縮機(jī)損壞。

為了防止喘振的發(fā)生，在壓縮機(jī)出口設(shè)置了防喘振調(diào)節(jié)閥，根據(jù)實(shí)測的喘振線標(biāo)定防喘振閥的放風(fēng)線進(jìn)行防喘控制。實(shí)際操作中根據(jù)壓縮喉部壓差確定的流量和出口壓力，在接近排放線時(shí)，使防喘振閥打開，增加風(fēng)機(jī)出口流量，從而保證壓縮機(jī)在安全區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。

2.2.4 壓縮機(jī)的逆流保護(hù)

逆流保護(hù)是壓縮機(jī)喘振的第二道保護(hù)措施，如果防喘振系統(tǒng)失靈，逆流保護(hù)可使壓縮機(jī)迅速進(jìn)入安全運(yùn)行。如逆流繼續(xù)存在機(jī)組則緊急停機(jī)。

2.2.5 機(jī)組的監(jiān)測保護(hù)

為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，機(jī)組設(shè)置了潤滑油壓力、機(jī)組軸振動、軸位移等一系列監(jiān)測保護(hù)。

2.3 電動機(jī)

型號:YKS900-4

電壓:6600 V

電流:710.6 A

功率：7200 kW

效率:97.53%

功率因數(shù)：0.909

額定轉(zhuǎn)速:1495 r/min

2.4 變速箱

傳遞功率:7200 kW

工作系數(shù):1.4

輸入轉(zhuǎn)速:1485 r/min

輸出轉(zhuǎn)速:7169 r/min

2.5 變速離合器

傳遞功率:4350 kW

輸入轉(zhuǎn)速:3000 r/min

輸出轉(zhuǎn)速:7256 r/min

2.6 同軸機(jī)組運(yùn)行要求

高爐爐頂壓力不穩(wěn)，會引起爐內(nèi)反應(yīng)的劇烈波動。爐壓高于額定值時(shí)，會使?fàn)t內(nèi)煤氣氣流分布不均，引起崩料，而當(dāng)爐內(nèi)壓力低于額定值時(shí)，會引起爐內(nèi)煤氣體積增大，氣流壓力損失增大，煤氣流速上升，使?fàn)t喉磨損嚴(yán)重，更有甚者會引起爐頂設(shè)備事故。因此作為能量回收設(shè)備，投入運(yùn)行的先決條件是在任何情況下均能保證爐壓穩(wěn)定。

電動機(jī)提供透平機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)功率之間的差額，補(bǔ)充鼓風(fēng)風(fēng)機(jī)所需的功率，從而保證高爐鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)透平機(jī)不運(yùn)行時(shí)透平機(jī)的聯(lián)軸器可隨意脫開，不影響高爐鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。

2.7 同軸機(jī)組主機(jī)工藝布置

電動機(jī)＋齒輪變速箱＋高爐軸流壓縮機(jī)＋變速離合器＋透平機(jī)

按照施工和設(shè)備調(diào)試系統(tǒng)劃分，除主機(jī)系統(tǒng)外，還包括冷分管網(wǎng)系統(tǒng)、煤氣管網(wǎng)與大型閥門系統(tǒng)、自動化儀表控制系統(tǒng)、高低壓電氣系統(tǒng)、液氬伺服控制系統(tǒng)、潤滑油控制系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和煤氣脫水系統(tǒng)。

3 TRT功率輸出計(jì)算

3.1 功率計(jì)算

=10.5×104/860×325×418×[1-(0.325÷0.112)× 1.38-1÷1.38]×0.85=2599 kW,式中

Q:透平機(jī)進(jìn)口煤氣流量，取平均值10.5×104m3/h;

CP：高爐煤氣定壓比熱J/m3；

P1：透平機(jī)進(jìn)口煤氣絕對壓力，MPa；

P2：透平機(jī)出口煤氣絕對壓力，MPa；

K：氣體絕熱指數(shù)，高爐煤氣K=1.38；

T1：透平機(jī)進(jìn)口煤氣絕對溫度，K；

η：軸流反動式透平機(jī)效率。

電壓等級6.6 kV，不考慮各種損耗，TRT輸出功率就帶來電機(jī)電流下降250 A，從現(xiàn)場透平嚙合前后來看，平均降低電流200～300 A。

3.2 影響TRT回收能量的因素

高壓煤氣管網(wǎng)阻力、透平機(jī)進(jìn)口煤氣壓力和低壓煤氣管網(wǎng)壓力，煤氣流量、透平機(jī)煤氣進(jìn)口溫度和透平機(jī)作業(yè)率等。

4 BPRT與TRT的比較

4.1 BPRT與TRT裝置相比，該裝置取消了發(fā)電機(jī)及發(fā)配電系統(tǒng)，以及合并了自控系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、動力油系統(tǒng)等設(shè)施。同軸機(jī)組在配置上比分軸機(jī)組少了一臺發(fā)電機(jī)及其發(fā)配電系統(tǒng)，其他附屬系統(tǒng)也可公用1套，設(shè)備投資可比分軸機(jī)組少20%～30%,廠房和控制室也只有1座，較后者占地面積節(jié)省1/ 2，相應(yīng)降低土建投資。

4.2 BPRT機(jī)組中的高爐煤氣透平回收能量不是用來發(fā)電，而是直接同軸驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī)，沒有發(fā)電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎碗娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換損失，回收效率更高。

4.3 采用TRT發(fā)電需要并網(wǎng)，需通過電力部門審批與管理，上網(wǎng)電價(jià)比下網(wǎng)電價(jià)低，差值為電力部門管理費(fèi)，而對于BPRT不存在此情況。

4.4 采用TRT可避免機(jī)組頻繁啟停，而BPRT機(jī)組受高爐生產(chǎn)情況影響，每月有2～3次透平機(jī)掉速情況發(fā)生。

5 經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論

5.1 調(diào)壓閥組應(yīng)使用TRT專用調(diào)壓閥組，保證高爐煤氣全部通過BPRT,其一能量回收率高，其二煤氣流量瞬時(shí)變小時(shí)易使TRT自動退出。

5.2 將布袋除塵器到機(jī)組的高壓煤氣管道做保溫，提高煤氣進(jìn)口溫度，提高回收能量。

5.3 針對高爐煤氣析出的飽和水，在TRT進(jìn)口煤氣和出口煤氣管道上都采取了相應(yīng)措施。

5.4 油管路增加閥門，保證透平機(jī)部分能夠單獨(dú)檢修。

5.5 350m3高爐BPRT鼓風(fēng)同軸機(jī)組于向高爐鼓風(fēng)，運(yùn)行后每噸鐵同比節(jié)電32 kW，節(jié)電率31%。對企業(yè)節(jié)能和降低噪聲污染，減少生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭力有重要意義。

Application of Coaxial BPRT Unit in Blast Furnaces and Analysis of its Energy Saving Effect

Dai Bin
(Laiwu Steel Company of Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

Adoption of BPRT in the blast fan of blast furnace can perform air blast and energy recovery at the same time,which increases energy recovery rate,reduces space occupation and saves investment.The BPRT technologies and the equipment configuration of a BPRT system are introduced and a comparison with TRT technology is provided.

BPRT;blast furnace;energy recovery

TM61

B

1006-6764（2015）05-0030-03

2015-01-08

逯斌(1978-),男,2000年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué),大學(xué)本科學(xué)歷,工程師,現(xiàn)從事能源動力設(shè)備管理工作。